JP2018030090A - 粒子除去装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の構成に対して大幅な変更を行わずに、微細粒子の捕集効率を向上させることが可能な粒子除去装置を提供することを目的とする。【解決手段】粒子除去装置１は、正又は負に帯電された粒子が含まれた排ガスに対して液滴を噴霧し、排ガスを水露点近傍であって水露点以上の温度まで冷却する第１冷却部３と、第１冷却部３を通過した排ガスに対して微細液滴を噴霧する第２冷却部４と、第２冷却部４を通過した排ガスが流通する空間に対して電界を形成する電界形成部５とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、粒子除去装置に関し、例えば、排ガス処理設備のダスト除去装置として適用される水噴霧を利用した粒子除去装置に関するものである。

従来はダスト除去装置として、電気集じん装置（ＥＰ）が一般的であり、その後に湿式脱硫装置が設置される。排ガス等のガス中に含まれる硫黄分を除去する湿式脱硫方法として、水酸化マグネシウム法やソーダ法、石灰石膏法などが知られている。水酸化マグネシウム法又はソーダ法では、それぞれアルカリ性の吸収剤として水酸化マグネシウム又は苛性ソーダが用いられる。これらの方法では、設備が簡単であるが、吸収剤が高価である。石灰石膏法では、吸収剤としてスラリー状の石灰石が用いられ、吸収剤の価格が安価であり、副産物として石膏の回収が可能であるため、運転価格を低減できる。しかし、石灰石膏法は、設備が複雑で建設費が高い。

いずれの方法も、後段における吸収塔で、硫黄分を含む排ガスに対して吸収液による吸収によって脱硫を生じさせるため、吸収塔の入口部よりも上流側の冷却部にて、排ガスを水分飽和温度まで冷却する必要がある。排ガスの冷却方法は、排ガス中に水噴霧を行うことが一般的である。また、排ガスの冷却と、吸収剤による硫黄分の吸収を兼ねて、多量に水噴霧して、蒸発を利用して効果的に冷却される。蒸発によって水分が失われることから、外部から新たに水が供給される。

特開平１０−１７４８９９号公報（特許第３５７２１６４号公報） 特開２００５−３４９２７２号公報（特許第４３２６４０３号公報）

一般に、排ガスに対して噴霧する液滴の粒子径が小さいほど、同じ噴霧量でも粒子径に反比例して比表面積が増えるため、冷却や硫黄分の吸収には効果的である。しかし、粒子径を細かくするためには、ロータリーアトマイザや２流体ノズルなどの特別な装置や、高圧空気などが必要となる。そのため、大規模な産業用脱硫装置では、通常のノズルが用いられて、噴霧量を多量にすることで、冷却や硫黄分の吸収の効率を高めている。

また、一般に、脱硫装置において水噴霧が行われることによって、排ガス中の粒子（例えばダスト）が除去される。しかし、液滴とダストの物理的な衝突のみによる捕集では、ダストの除去効率は高くない。

通常のノズルは、噴霧された液滴の平均粒子径は、mmオーダーであり、単位ガス量当たりの液量比（液ガス比；Ｌ／Ｇ）を高めたとしても、粒子間の距離がある。例えば、脱硫装置の冷却塔の場合、Ｌ／Ｇ＝０．５で平均粒子径２ｍｍと仮定すると、均一に粒子径が分散されたとしたときの粒子間の平均距離は２０ｍｍである。また、吸収塔において、Ｌ／Ｇ＝７．０の場合でも、平均距離は８．５ｍｍである。したがって、通常のノズルで対応しようとした場合、ガス中に含まれる微細なダストが、ダスト近傍に存在する噴霧液滴と衝突して捕集される確率はあまり高くない。

ノズルからの液滴の噴霧量を多くして、Ｌ／Ｇを高めると、ダストの捕集効率を高めることができる。しかし、液量を多くするには大きな動力が必要となって、設備規模の増大やコストの増加の要因となるため、噴霧量を増加させる方法は実現しにくい。

近年、ＰＭ２．５等の微細な粒子やばいじん（煤塵）の排出規制の強化に伴い、石炭火力発電所では、湿式脱硫装置出口に湿式電気集じん機（ＥＰ）を設置したり、湿式脱硫装置の上流に設置される電気集じん機の代わりにバグフィルタを設置したりする傾向にある。しかし、バグフィルタを設置する場合、圧力損失が大幅に増大して、通風機の能力を上げる必要があり、また、動力費が上昇するという問題もあり、いずれも大幅な装置の改造が必要となる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、従来の構成に対して大幅な変更を行わずに、微細粒子の捕集効率を向上させることが可能な粒子除去装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の粒子除去装置は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る粒子除去装置は、正又は負に帯電された粒子が含まれたガスに対して液滴を噴霧し、前記ガスを水露点近傍であって前記水露点以上の温度まで冷却する第１冷却部と、前記第１冷却部を通過した前記ガスに対して微細液滴を噴霧する第２冷却部と、前記第２冷却部を通過した前記ガスが流通する空間に対して電界を形成する電界形成部とを備える。

この構成によれば、第１冷却部において、粒子が含まれたガスに対して液滴が噴霧され、水露点近傍の水露点以上の温度（例えば、水露点＋20℃以内）まで冷却され、第２冷却部において、第１冷却部を通過したガスに対して微細液滴が噴霧される。ガスに含まれる粒子は、例えば粒径10μｍ以下である。このとき、第１冷却部においてガスが予め冷却されていることから、第２冷却部が微細液滴を噴霧しても、微細液滴が瞬時に蒸発することがなく、ガスに含まれる粒子を微細液滴に付着させることが可能な時間を確保できる。そして、電界形成部によってガスが流通する空間に対して電界が形成され、形成された電界内をガスが流通することで、微細液滴が誘電分極し、ガスに含まれる帯電した粒子は、液滴における粒子の極性とは逆極性の部分との間に作用する静電気力によって、微細液滴に引き寄せられる。なお、第２冷却部で噴霧される微細液滴は、第１冷却部が供給する水（噴霧する液滴）よりも粒径が小さく、平均粒径が100μｍ以下、好ましくは50μｍ以下であり、10μｍ以上である。

本発明に係る粒子除去装置は、正又は負に帯電された粒子が含まれたガスに対して液滴を噴霧し、前記ガスを水露点近傍であって前記水露点以上の温度まで冷却する第１冷却部と、前記第１冷却部を通過した前記ガスに対して微細液滴を噴霧する第２冷却部と、前記第２冷却部から噴霧される前記微細液滴を、前記粒子とは逆極性に帯電させる液滴帯電部とを備える。

この構成によれば、第１冷却部において、粒子が含まれたガスに対して液滴が噴霧され、水露点近傍の水露点以上の温度（例えば、水露点＋20℃以内）まで冷却され、第２冷却部において、第１冷却部を通過したガスに対して微細液滴が噴霧される。ガスに含まれる粒子は、例えば粒径10μｍ以下である。このとき、第１冷却部においてガスが予め冷却されていることから、第２冷却部が微細液滴を噴霧しても、微細液滴が瞬時に蒸発することがなく、ガスに含まれる粒子を微細液滴に付着させることが可能な時間を確保できる。そして、液滴帯電部によって、微細液滴が粒子が有する極性とは逆極性に帯電され、ガスに含まれる帯電した粒子は、液滴における粒子の極性とは逆極性の部分との間に作用する静電気力によって、微細液滴に引き寄せられる。なお、第２冷却部で噴霧される微細液滴は、第１冷却部が供給する水（噴霧する液滴）よりも粒径が小さく、平均粒径が100μｍ以下、好ましくは50μｍ以下であり、10μｍ以上である。

上記発明において、前記第１冷却部は、前記水露点よりも50℃高い温度以内の温度まで冷却してもよい。

上記発明において、前記粒子が付着した前記微細液滴を捕集する捕集部を更に備えてもよい。

この構成によれば、捕集部によって、粒子が付着した微細液滴が捕集される。粒子が付着した微細液滴は、少なくとも10μｍから20μｍ以上ある。捕集部は、例えばミストエリミネータなどのような簡易な装置でもよく、粒子径が10μｍ以上あれば捕集可能である。また、捕集部は、小型の電気集じん機でもよい。捕集部が設置されることによって、粒子除去装置の下流側に設置された湿式脱硫装置へ供給されるガスに微細粒子が含まれなくなる。粒子除去装置よりも下流側に設置された湿式脱硫装置で微細粒子を捕集する場合は、湿式脱硫装置において、粒子が付着した微細液滴が捕集されるため、捕集部を省略できる。

上記発明において、前記捕集部は、ミストエリミネータであり、前記ミストエリミネータから排出された水が、前記第１冷却部に供給され、前記第１冷却部が前記ガスに対して供給する水として再利用されてもよい。

この構成によれば、第１冷却部において用いられる水が粒子除去装置内で循環し、新たに供給される必要のある水の量を低減できる。

上記発明において、前記第２冷却部が噴霧する前記微細液滴は、外部から新たに供給された水によって生成されてもよい。

この構成によれば、第２冷却部には、外部から水が新たに供給されることから、微細粒子を生成する第２冷却部を閉塞させることなく、安定した噴霧を継続させることができる。外部から新たに供給される水は、例えば、第２冷却部を閉塞させる原因となる微細粒子が含まれない清浄水である。

上記発明において、前記粒子が付着した前記微細液滴は、湿式脱硫装置の吸収塔へ供給され、前記吸収塔において貯留された水が、前記第１冷却部に供給され、前記第１冷却部が前記ガスに対して供給する水として再利用されてもよい。

この構成によれば、粒子除去装置の第１冷却部において用いられる水が、粒子除去装置と、湿式脱硫装置の吸収塔との間で循環し、新たに供給される必要のある水の量を低減できる。

上記発明において、前記第１冷却部へ供給される前記ガスに含まれる前記粒子を帯電させる帯電部を更に備えてもよい。

この構成によれば、粒子除去装置よりも上流側に電気集じん機が設置されない場合でも、第１冷却部へ供給されるガスに含まれる粒子が、帯電部によって帯電される。粒子除去装置よりも上流側に電気集じん機が設置される場合は、電気集じん機において、第１冷却部へ供給されるガスに含まれる粒子が帯電されるため、帯電部を省略できる。

上記発明において、前記電界形成部は、互いに対向する二つの電極を備え、前記二つの電極間に電界を形成してもよい。

この構成によれば、一の電極に電圧が印加されると、電界が形成される。第２冷却部から微細液滴が噴霧されると、形成された電界によって微細液滴が正負に誘電分極する。帯電された微細粒子は、微細液滴の正極側に引き付けられ、微細液滴に引き寄せられ付着される。

上記発明において、前記電界形成部は、アース電極と、前記アース電極に対向して設けられるトゲ部を有する放電電極とを備え、前記放電電極には交流電圧が印加されて、前記第２冷却部から噴霧される微細液滴を、時間差で正の電荷と負の電荷に交互に帯電させてもよい。

この構成によれば、噴霧された液滴の群を、それぞれ時間差をもって正と負の電荷に交互に帯電させることで、正の電荷を持った微細液滴群と負の電荷を持った微細液滴群の間に電界が形成される。

上記発明において、前記電界形成部は、前記第２冷却部が有するノズルから噴霧される微細液滴を正の電荷と負の電荷に帯電させることができる構成を有してもよい。

この構成によれば、噴霧された微細液滴を正と負の電荷に帯電させることができる構成を有することで、外部電極を設けなくても、正の電荷を持った微細液滴群と負の電荷を持った微細液滴群の間に電界が形成される。

上記発明において、前記電界形成部は、前記ガスの流れ方向に沿って複数段で設置されてもよい。
この構成によれば、電界形成部が１段のみ設置される場合に比べて、捕集効率を更に上昇させることができる。

本発明によれば、従来の構成に対して大幅な変更を行わずに、微細粒子の捕集効率を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係る粒子除去装置及び湿式脱硫装置の吸収塔を示す概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係る粒子除去装置の変形例及び湿式脱硫装置の吸収塔を示す概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係る粒子除去装置の電界形成部の第１実施例を示す概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係る粒子除去装置の電界形成部の第１実施例の第１変形例を示す縦断面図である。 本発明の第１実施形態に係る粒子除去装置の電界形成部の第１実施例の第２変形例を示す縦断面図である。 本発明の第１実施形態に係る粒子除去装置の電界形成部の第２実施例を示す概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係る粒子除去装置の電界形成部の第２実施例の変形例を示す縦断面図である。 本発明の第１実施形態に係る粒子除去装置の電界形成部の第３実施例を示す概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係る粒子除去装置の電界形成部の第４実施例を示す概略構成図である。 本発明の第２実施形態に係る粒子除去装置の電界形成部を示す縦断面図である。 電界内の微細液滴及び粒子を示す模式図である。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る粒子除去装置１は、例えば、排ガス処理設備に適用される。排ガス処理設備は、粒子（例えばダスト）を除去する電気集じん機（ＥＰ）２、粒子除去装置１、湿式脱硫装置などから構成される。粒子除去装置１は、図１に示すように、電気集じん機２の下流側で、かつ、湿式脱硫装置の吸収塔４０のガス流れ上流側に設置され、排ガスを冷却しつつ、例えば排ガスを水露点まで低下させる過程において、液滴に微細粒子を付着させる。微細粒子が付着した液滴は、後流側に設けられた湿式脱硫装置の吸収塔４０、ミストエリミネータなどの捕集部によって捕集されて、排ガスから微細粒子が除去される。図１に示す例では、吸収塔４０の上部に、捕集部としてのミストエリミネータ４１が設置される。

排ガスは、燃料（例えば石炭や石油コークスなど）を燃焼させた際に発生するガスである。除去対象となる微細粒子は、例えばＰＭ２．５などであり、例えば粒径10μｍ以下である。

電気集じん機２は、除塵対象となる排ガスが導入され、排ガスに含まれる粒子を帯電させる。電気集じん機２は、通常用いられる装置を適用でき、例えば、平行に配列された複数のアース電極と、隣り合うアース電極間に配置された放電電極を有する。電気集じん機２を通過した排ガスは、粒子除去装置１の第１冷却部３へ供給される。第１冷却部３へ供給される排ガスに含まれる粒子は、電気集じん機２における放電によって正又は負に帯電されている。

粒子除去装置１は、図１に示すように、第１冷却部３と、第２冷却部４と、電界形成部５などを備える。第１冷却部と、第２冷却部４及び電界形成部５は、ケーシング１０内に収容される。

なお、排ガス処理設備において、粒子除去装置１の前段に電気集じん機が設置されない場合、ダストを帯電させるための予備荷電部が、ケーシング１０内において、第１冷却部３の前段に設置される。予備荷電部は、通常用いられる装置を適用でき、例えば、平行に配列された複数のアース電極と、隣り合うアース電極間に配置された放電電極を有する。この場合、予備荷電部における放電によって、第１冷却部３へ供給される排ガスに含まれる粒子が正又は負に帯電される。

粒子除去装置１よりも上流側に電気集じん機（ＥＰ）（図示せず。）が設置される本実施形態では、電気集じん機２において、第１冷却部３へ供給される排ガスに含まれる粒子が帯電されるため、予備荷電部を省略できる。また、例えば流動床ボイラ等において、摩擦帯電などで粒子自身が電荷を有している場合は、電気集じん機（ＥＰ）又は予備荷電部を設置しないこともあり得る。

第１冷却部３は、粒子が含まれた排ガスに対して、例えばミリ単位の液滴を噴霧することによって、排ガスを水露点近傍であって水露点以上の温度（例えば、水露点以上水露点＋50℃以内、好ましくは水露点＋30℃以内、より好ましくは水露点＋20℃以内）まで冷却する。第１冷却部３において排ガスが予め水露点近傍まで冷却されることから、後段の第２冷却部４において微細液滴を噴霧しても、微細液滴が瞬時に蒸発することがなく、排ガスに含まれる粒子を微細液滴に付着させることが可能な時間を確保できる。第１冷却部３を通過した排ガスは、第２冷却部４へ供給される。

第１冷却部３は、例えば、一流体ノズルであり、流量分布が幅方向において均等となるように構成されている。第１冷却部３が噴霧する液滴の平均粒子径は、例えば１mm〜３mmである。また、単位ガス量当たりの液量比（液ガス比；Ｌ／Ｇ［L/m³］。ここで、液量Ｌ［L/min］、ガス量Ｇ［m³/min］である。）は、例えば0.3［L/m³］である。なお、第１冷却部３が噴霧する液滴の平均粒子径を１mmと仮定し、Ｌ／Ｇ＝0.3［L/m³］とすると、第１冷却部３が噴霧する液滴個数は、38.2万個/m³であり、計算上の液滴間距離は、12.1mm（中心間）である。

第１冷却部３は、排ガスを水露点＋20℃以内に冷却することが望ましい。実用化されている半乾式脱硫装置において、水露点＋20℃よりも高い乾燥条件とした場合、安定した運転が可能となることが知られている。一方、水露点＋20℃以内の湿潤条件では、液滴が蒸発しにくくなり、第２冷却部４によって噴霧された微細液滴も蒸発に時間がかかる。したがって、微細液滴と微細粒子を電界中に共存させる時間を長く確保できる。

第２冷却部４は、第１冷却部３を通過した排ガスに対して微細液滴を噴霧する。第２冷却部４が噴霧する微細液滴の平均粒径は、第１冷却部３が噴霧する液滴の平均粒径よりも小さく、例えば100μｍ以下、好ましくは50μｍ以下であり、10μｍ以上である。

第２冷却部４は、例えば、二流体ノズルであり、流量分布が幅方向において均等となるように構成されている。第２冷却部４が噴霧する単位ガス量当たりの液量比（液ガス比；Ｌ／Ｇ）は、例えば0.05［L/m³］である。なお、第２冷却部４が噴霧する微細液滴の平均粒子径を50μｍと仮定し、Ｌ／Ｇ＝0.05［L/m³］とすると、第２冷却部４が噴霧する液滴個数は、7.64億個/m³であり、計算上の液滴間距離は、1.1mm（中心間）である。したがって、後段の電界形成部５によって形成された電界において、排ガス中に含まれる微細粒子が、第２冷却部４によって噴霧された微細液滴と衝突して捕集される確率が大幅に高まる。

第２冷却部４が噴霧する微細液滴は、外部から新たに供給された水によって生成される。第２冷却部４には、外部から水が新たに供給されることから、微細粒子を生成する第２冷却部４を閉塞させることなく、安定した噴霧を継続させることができる。外部から新たに供給される水は、例えば、第２冷却部４を閉塞させる原因となる微細粒子が含まれない清浄水である。

電界形成部５は、第２冷却部４を通過した排ガスが流通する空間に対して電界を形成する。図１１に示すように、電界形成部５によって排ガスが流通する空間に対して電界が形成され、形成された電界内を排ガスが流通することで、第２冷却部４が噴霧した微細液滴５１が誘電分極し、かつ、排ガスに含まれる帯電した粒子５２が微細液滴５１に引き寄せられる。

次に、本実施形態に係る粒子除去装置１の動作について説明する。
粒子除去装置１の前段に設置された電気集じん機２に排ガスが供給されると、電気集じん機２によって、排ガス中に含まれる粒子が捕集される。その後、電気集じん機２を通過した排ガスは、粒子除去装置１へ供給される。粒子除去装置１へ供給される排ガス中には、電気集じん機２で捕集されなかった粒子が含まれる。電気集じん機２では、排ガスに含まれる微細粒子が放電によって正又は負に帯電される。そして、放電によって帯電された粒子を含む排ガスが粒子除去装置１の第１冷却部３へ供給される。

第１冷却部３において、帯電した微細粒子が含まれた排ガスが供給されて、排ガスは、水露点近傍の水露点以上の温度（例えば、水露点以上水露点＋50℃以内、好ましくは水露点＋30℃以内、より好ましくは水露点＋20℃以内）まで冷却され、第２冷却部４において、第１冷却部３を通過したガスに対して微細液滴が噴霧される。

そして、図１１に示すように、電界形成部５によってガスが流通する空間に対して電界が形成され、形成された電界内をガスが流通することで、微細液滴５１が誘電分極し、かつ、ガスに含まれる帯電した粒子５２がすぐ近くの微細液滴５１に静電気力で引き寄せられる。すなわち、微細液滴５１が存在し微細液滴５１と粒子５２の距離が短い条件下で、粒子５２は、微細液滴５１における粒子５２の極性とは逆極性の部分との間に静電気力が作用する。例えば、微細粒子が負の極性に帯電している場合、粒子５２は、すぐ近くの微細液滴５１の正の極性との間に静電気力が作用し、微細液滴５１に引き寄せられる。

電界形成部５によって形成された電界を通過した微細液滴には、ガスに含まれた粒子が付着しており、後段の例えば湿式脱硫装置の吸収塔４０、ミストエリミネータなどの捕集部によって、微細粒子が付着した微細液滴が捕集される。

なお、第２冷却部４には、外部から水が新たに供給されて、微細粒子を生成する第２冷却部４を閉塞させることなく、安定した噴霧を継続させる。

以上、本実施形態によれば、第２冷却部４によって微細液滴が噴霧されることから、電界形成部５によって形成された電界において、排ガス中に含まれる帯電した微細粒子が、微細液滴と衝突して捕集される確率が高まる。粒子除去装置１で捕集される微細粒子は、粒子除去装置１よりも上流側に設置された電気集じん機２で帯電され、電気集じん機２で捕集されなかった粒子であり、例えば粒径10μｍ以下である。

第２冷却部４が噴霧する微細液滴の平均粒子径を50μｍと仮定し、Ｌ／Ｇ＝0.05［L/m³］とすると、上述したとおり、計算上の液滴間距離は、1.1mm（中心間）である。一方、液滴の平均粒子径を1mmと仮定し、Ｌ／Ｇ＝0.5［L/m³］とすると、計算上の液滴間距離は、約10mm（中心間）であり、微細液滴で仮定した例に比べて、Ｌ／Ｇが高いにもかかわらず液滴間距離が長い。したがって、Ｌ／Ｇを上昇させるよりも、粒子径を小さくするほうが微細液滴と衝突して捕集される確率が高まる。本実施形態では、帯電した粒子と噴霧された微細液滴との間の距離が近ければ近いほど捕集効率が向上する。

排ガスのガス流れ中において、高温下で微細液滴を噴霧してしまうと瞬時に微細液滴が蒸発してしまう。液滴径が異なる液滴が混在する場合、液滴の蒸発速度は、液滴径の２乗に逆比例して速くなる。例えば、1mmの液滴と50μｍの液滴が混在する場合、50μｍの液滴が約400倍（20×20）の速度で蒸発する。

本実施形態では、第１冷却部３と第２冷却部４の２段噴霧を行っており、第２冷却部４が微細液滴を噴霧するとき、第１冷却部３において排ガスが予め冷却されている。そのため、微細液滴の蒸発速度が遅くなり、第２冷却部４が微細液滴を噴霧しても、微細液滴が瞬時に蒸発することがなく、電界の作用によって排ガスに含まれる粒子を微細液滴に付着させることが可能な時間を確保できる。

したがって、本実施形態によれば、バグフィルタ等を採用する場合に比べて、圧力損失の増大を抑制しつつ、微細粒子の捕集効率を向上させることができる。また、従来の構成に対して大幅な変更を行わずに、微細粒子の捕集効率を向上させることができる。

なお、上述した実施形態では、第１冷却部３と第２冷却部４の２段噴霧を行う場合について説明したが、本発明は、３段以上の多段噴霧を行う場合も含む。

次に、本実施形態に係る粒子除去装置１が湿式脱硫装置と組み合わされて用いられる場合について説明する。
粒子除去装置１が湿式脱硫装置と組み合わされて用いられる場合において、水酸化マグネシウム法やソーダ法では、図１に示すように、電界形成部５によって形成された電界を通過した微細液滴は、湿式脱硫装置の吸収塔４０へ供給される。そして、吸収塔４０において貯留された水が、循環路４２を介して、第１冷却部３に供給され、第１冷却部３が排ガスに対して供給する液滴として再利用される。循環路４２には、循環水ポンプ４３が設けられる。

これにより、粒子除去装置の第１冷却部において用いられる水が、粒子除去装置１と、湿式脱硫装置の吸収塔４０との間で循環し、新たに供給される必要のある水の量を低減できる。

また、粒子除去装置１が湿式脱硫装置と組み合わされて用いられる場合において、石灰石膏法では、図２に示すように、粒子除去装置１のケーシング１０内部にミストエリミネータ６が設けられる。ミストエリミネータ６は、電界形成部５によって形成された電界を通過した微細液滴を捕集する。電界を通過した微細液滴には、排ガスに含まれた粒子が付着しており、ミストエリミネータ６によって、粒子が付着した微細液滴が捕集される。

これにより、排ガスに含まれた粒子（灰成分）が、後段の吸収塔４０へ侵入するのを抑制できる。その結果、石灰石膏法において、吸収塔４０で生じる灰成分の溶出による不具合（例えば、吸収剤への不活性成分のコーティングによる反応速度の低下）や、灰成分の混入を防止して、石膏などの副生物の純度の向上化を図ることができる。なお、ミストエリミネータ６の代わりに小型の電気集じん機が設置されてもよい。粒子除去装置１よりも下流側に設置された湿式脱硫装置で微細粒子を捕集する場合は、湿式脱硫装置において、粒子が付着した微細液滴が捕集されるため、図１に示すように、ミストエリミネータ６を省略できる。

さらに、ミストエリミネータ６から排出された水は、循環路７を介して、第１冷却部３に供給され、第１冷却部３が排ガスに対して供給する水として再利用される。これにより、第１冷却部３において用いられる水が粒子除去装置１内で循環し、新たに供給される必要のある水の量を低減できる。循環システムは、循環路７と、循環路７に設置された循環水タンク８及び循環水ポンプ９を有する。
なお、図には示さないが、水が酸性ガスを吸収し、ｐＨが大幅に下がることで腐食しやすくなることから、腐食を防ぐため、適宜アルカリを投入してｐＨ調整することも可能である。

＜電界形成部＞
次に、図３から図９を参照して、本実施形態に係る粒子除去装置１において適用される電界形成部５について説明する。

＜電界形成部（第１実施例）＞
電界形成部５は、例えば、図３から図５に示す例のように、対向する電極を備え、対向する電極間に電界を形成する。

電界形成部５は、図３に示すように、平行に配列する２枚の排ガスの流れを阻害しない開口率の大きなメッシュ状の電極１１と、これらの電極１１と平行に配設した同じく排ガスの流れを阻害しない開口率の大きなメッシュ状の電極１２とを排ガスの流れ方向と直交するように備えている。電極１２には、高電圧発生装置によって電圧が印加される。メッシュ状の電極１１，１２の開口率は、例えば70％以上、望ましくは80％以上である。開口率を大きくすることで、噴霧された液滴が電極１１，１２で捕集される確率を低くすることができ、微細粒子の捕集に必要な微細液滴をできるだけ長時間、空間中に確保できる。

電極１２に電圧が印加されると、ガス流れ方向に電界が形成される。ここで、第２冷却部４から微細液滴が上方から下方へ、すなわちガス流れ方向と同一方向に噴霧されると、形成された電界によって微細液滴が正負に誘電分極する。

排ガスに含まれる帯電された微細粒子が負に帯電しているケースでは、微細粒子は、微細液滴の正極側に引き付けられ、微細液滴に引き寄せられ付着される。そして、微細粒子を捕捉した微細液滴は、吸収塔４０又はミストエリミネータなどの捕集部で捕集される。

図３に示す例では、電極１１が２枚、電極１２が２枚の組み合わせで配設されるが、高電圧が印加される電極１２が複数枚、多段で配設されるようにしてもよい。例えば、図４に示すように、電極１１が３枚互いに平行に配置され、電極１２が２枚互いに平行に配置される。電極１２は、隣り合う２枚の電極１１の間に１枚ずつ配置される。２枚の電極１１は、連結ロッド１３によって連結されてもよい。この場合、電極１１間に配置された電極１２には、連結ロッド１３が貫通する開口部１４が形成される。

また、図３及び図４では、粒子除去装置１を流れる排ガスが鉛直方向（上部から下部への方向）に流れる場合について示したが、図５に示すように、粒子除去装置１を流れる排ガスが水平方向に流れる場合についても、本発明を適用できる。図５に示す例においても、電極１１，１２は、排ガスの流れ方向と直交するように設置される。

＜電界形成部（第２実施例）＞
また、電界形成部５は、図６及び図７に示すように、コロナ放電を発生させる電界を形成してもよい。
この場合、電界形成部５は、排ガスの流れを阻害しない開口率の大きなメッシュ状のアース電極２１と、アース電極２１に対向して設けられるトゲ部２３を有する放電電極２２とを排ガスの流れ方向と直交するように備えている。放電電極２２には、交流の高電圧発生装置によって電圧が印加される。メッシュ状のアース電極２１の開口率は、例えば70％以上、望ましくは80％以上である。開口率を大きくすることで、噴霧された液滴がアース電極２１で捕集される確率を低くすることができ、微細粒子の捕集に必要な微細液滴をできるだけ長時間、空間中に確保できる。

放電電極２２による放電のため、交流電圧が用いられることによって、時間的な位相差をもって、正負が交互に帯電した液滴群が形成される。すなわち、液滴に正の電荷が印加され、その後、液滴に負の電荷が印加され、さらにその後、正の電荷が印加されるというように繰り返されることによって、正の電荷を有する液滴群と負の電荷を有する液滴群が交互に形成される。そして、正の電荷を有する液滴群と負の電荷を有する液滴群の間で、電界が形成される。電界中の微細液滴は、形成された電界によって正負に誘電分極する。

排ガスに含まれる帯電された微細粒子が負に帯電しているケースでは、微細粒子は、微細液滴の正極側に引き付けられ、微細液滴に引き寄せられ付着される。そして、微細粒子を捕捉した微細液滴は、吸収塔４０又はミストエリミネータなどの捕集部で捕集される。

なお、帯電した微細粒子は、電界形成部５の空間において、再度帯電されるが、微細粒子が帯電する速度と、水噴霧による液滴が帯電する速度は、水噴霧による液滴のほうが圧倒的に速い。そのため、アース電極２１と放電電極２２によって粒子が帯電される期間を短くすることによって、負に帯電した微細粒子が微細粒子とは逆極性の正の荷電を受けた時間帯でも、微細粒子の電荷の極性が維持される。

また、図６では、粒子除去装置１を流れる排ガスが鉛直方向（上部から下部への方向）に流れる場合について示したが、図７に示すように、粒子除去装置１を流れる排ガスが水平方向に流れる場合についても、本発明を適用できる。図７に示す例においても、アース電極２１と放電電極２２は、排ガスの流れ方向と直交するように設置される。

＜電界形成部（第３実施例）＞
さらに、電界形成部５は、図８に示すように、第２冷却部４と組み合わされた帯電ノズル方式によって、噴霧される液滴によって電界を形成してもよい。

第２冷却部４は、図８に示すように、帯電ノズル３１ａ、３１ｂを有する。
帯電ノズル３１ａは、噴霧する微細液滴が正、帯電ノズル３１ｂは、噴霧する微細液滴が負となるように、噴霧する微細液滴を帯電させることができる構成を有する。例えば、電界形成部５は、帯電ノズル３１ａに対して負の直流電圧を印加する電圧印加部３２ａと、帯電ノズル３１ｂに対して正の直流電圧を印加する電圧印加部３２ｂを有する。

これによって、噴霧された微細液滴の群が、それぞれ正と負の電荷で帯電されており、外部電極を設けなくても、これらの群の間にはガス流れに沿って直交する方向に電界が形成される。

排ガスに含まれた負に帯電した微細粒子は、正に帯電した微細液滴の群と、負に帯電した微細液滴の群によって形成される電界の中に導かれる。そして、微細粒子は、静電気的な力で効果的に微細液滴に捕捉される。その後、微細粒子を捕捉した微細液滴が、吸収塔４０又はミストエリミネータなどの捕集部で捕集される。

＜電界形成部（第４実施例）＞
電界形成部５は、図９に示すように、第２冷却部４と組み合わされた帯電ノズル方式によって、噴霧される液滴によって電界を形成してもよい。
第２冷却部４は、図９に示すように、帯電ノズル３３ａ、３３ｂを有する。
電界形成部５は、帯電ノズル３３ａ，３３ｂに交流電圧を供給する電圧印加部３４を有し、電圧印加部３４は、帯電ノズル３３ａ、３３ｂに交番電界を印加している。

この構成を有する場合、微細液滴の保有する電荷が、時間とともにその極性が変動する。このため、上下のガス流れの方向に正と負の電荷を有する微細液滴の群が、交互に形成され、ガス流れの方向に電界が形成される。

排ガスに含まれた負に帯電した微細粒子は、正に帯電した微細液滴の群と、負に帯電した微細液滴の群によって形成される電界の中に導かれる。そして、微細粒子は、静電気的な力で効果的に微細液滴に捕捉される。その後、微細粒子を捕捉した微細液滴が、吸収塔４０又はミストエリミネータなどの捕集部で捕集される。

なお、上述した電界形成部５の構成は、１段について説明したが、本発明はこの例に限定されず、２段以上の複数段で配置されてもよい。これにより、微細粒子の捕集効率を更に高めることができる。

［第２実施形態］
次に、図１０を参照して、本発明の第２実施形態に係る粒子除去装置１について説明する。
上述した第１実施形態では、粒子除去装置１において電界形成部５が設置される場合について説明したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、電界形成部５の代わりに、液滴帯電部１５が設置される。以下では、第１実施形態と重複する構成及び作用効果については詳細な説明を省略する。

液滴帯電部１５は、第２冷却部４から噴霧される微細液滴を、粒子とは逆極性に帯電させる。例えば、粒子が負に帯電している場合、液滴帯電部１５は、微細液滴を正に帯電させる。

液滴帯電部１５は、図１０に示すように、帯電ノズル１６を有する。
粒子が負に帯電している場合、帯電ノズル１６は、噴霧する微細液滴が正となるように、噴霧する微細液滴を帯電させることができる構成を有する。例えば、液滴帯電部１５は、帯電ノズル１６に対して負の直流電圧を印加する電圧印加部１７を有する。これによって、噴霧された微細液滴は、常に正の電荷で帯電される。

液滴帯電部１５の後流側の空間では、排ガスに含まれた負に帯電した微細粒子と、正に帯電した微細液滴とが同時に存在する。微細液滴同士は、同じ極性を有することから、互いに反発しあうため、微細液滴は均一に分布しようとする。負に帯電した微細粒子と、正に帯電した微細液滴は、互いに近接したエリアでは、急激に静電気力が強まり、捕集される確率が高くなる。

そして、微細粒子は、静電気的な力で効果的に微細液滴に捕捉された後、微細粒子を捕捉した微細液滴が、吸収塔４０又はミストエリミネータなどの捕集部で捕集される。

本実施形態によれば、空間中にコロナ放電させて、対象物に電荷を与えることがないため、微細液滴に対して粒子とは逆極性の電荷を持たせる際、微細粒子へ逆極性の電荷を与えることがなく、微細粒子が当初有する電荷量を低減させることがない。

１ ：粒子除去装置
２ ：電気集じん機
３ ：第１冷却部
４ ：第２冷却部
５ ：電界形成部
６ ：ミストエリミネータ
７ ：循環路
８ ：循環水タンク
９ ：循環水ポンプ
１０ ：ケーシング
１１ ：電極
１２ ：電極
１３ ：連結ロッド
１４ ：開口部
１５ ：液滴帯電部
１６ ：帯電ノズル
１７ ：電圧印加部
２１ ：アース電極
２２ ：放電電極
２３ ：トゲ部
３１ａ ：帯電ノズル
３１ｂ ：帯電ノズル
３２ａ ：電圧印加部
３２ｂ ：電圧印加部
３３ａ ：帯電ノズル
３３ｂ ：帯電ノズル
４０ ：吸収塔
４１ ：ミストエリミネータ
４２ ：循環路
４３ ：循環水ポンプ

Claims (12)

1. 正又は負に帯電された粒子が含まれたガスに対して液滴を噴霧し、前記ガスを水露点近傍であって前記水露点以上の温度まで冷却する第１冷却部と、
   前記第１冷却部を通過した前記ガスに対して微細液滴を噴霧する第２冷却部と、
   前記第２冷却部を通過した前記ガスが流通する空間に対して電界を形成する電界形成部と、
   を備える粒子除去装置。
2. 正又は負に帯電された粒子が含まれたガスに対して液滴を噴霧し、前記ガスを水露点近傍であって前記水露点以上の温度まで冷却する第１冷却部と、
   前記第１冷却部を通過した前記ガスに対して微細液滴を噴霧する第２冷却部と、
   前記第２冷却部から噴霧される前記微細液滴を、前記粒子とは逆極性に帯電させる液滴帯電部と、
   を備える粒子除去装置。
3. 前記第１冷却部は、前記水露点よりも50℃高い温度以内の温度まで冷却する請求項１又は２に記載の粒子除去装置。
4. 前記粒子が付着した前記微細液滴を捕集する捕集部を更に備える請求項１又は２に記載の粒子除去装置。
5. 前記捕集部は、ミストエリミネータであり、
   前記ミストエリミネータから排出された水が、前記第１冷却部に供給され、前記第１冷却部が前記ガスに対して供給する水として再利用される請求項４に記載の粒子除去装置。
6. 前記第２冷却部が噴霧する前記微細液滴は、外部から新たに供給された水によって生成される請求項１から５のいずれか１項に記載の粒子除去装置。
7. 前記粒子が付着した前記微細液滴は、湿式脱硫装置の吸収塔へ供給され、
   前記吸収塔において貯留された水が、前記第１冷却部に供給され、前記第１冷却部が前記ガスに対して供給する水として再利用される請求項１から３のいずれか１項に記載の粒子除去装置。
8. 前記第１冷却部へ供給される前記ガスに含まれる前記粒子を帯電させる帯電部を更に備える請求項１から７のいずれか１項に記載の粒子除去装置。
9. 前記電界形成部は、互いに対向する二つの電極を備え、前記二つの電極間に電界を形成する請求項１に記載の粒子除去装置。
10. 前記電界形成部は、アース電極と、前記アース電極に対向して設けられるトゲ部を有する放電電極とを備え、前記放電電極には交流電圧が印加されて、前記第２冷却部から噴霧される微細液滴を、時間差で正の電荷と負の電荷に交互に帯電させる請求項１に記載の粒子除去装置。
11. 前記電界形成部は、前記第２冷却部が有するノズルから噴霧される微細液滴を正の電荷と負の電荷に帯電させることができる構成を有する請求項１に記載の粒子除去装置。
12. 前記電界形成部は、前記ガスの流れ方向に沿って複数段で設置される請求項９から１１のいずれか１項に記載の粒子除去装置。

Images